C/C++编程：明智而审慎的使用private继承

妖狐艹你老母 2023-01-20 08:13 171阅读 0赞

[C/C++编程：确定你的public继承塑模出is-a关系][C_C_public_is-a]论证了如何将public继承视为is-a关系，这里我们来看一下private继承意味着什么？

class Person{
        
    };
    class Student : public Person {
        };
    
    void eat(const Person &p){
        };   // 任何人都会吃
    void study(const Student &s){
        }; // 只有学生会学习
    
    int main(){
        
        Person p;
        Student s;
    
        eat(p);  // 人会吃
        eat(s); // error！！！ 难道学生不是人？？？
    
        study(p); // error！！！不是所有的人都会学习
        study(s); // 只有学生会学习
    }

从上面我们可以看出，private继承绝不是is-a的关系。

又还可以看出，private继承的行为：

*  **如果类是private继承，编译期绝不会自动将一个派生类对象转换为一个基类对象**
 *  **由private base class继承而来的所有成员，在派生类中都会变成private属性**，即使它们原本在基类中是public或者protected。

好了，现在我们来讨论意义。**private继承意味着implemented-in-terms-of**(根据某物实现出)。如果你让类D以private形式继承类B，你的用意是为了采用类B内已经备妥的某些特性，不是因为B对象和D对象存在有任何观念上的关系。private继承纯粹是一种实现技术(这就是为什么继承自一个private base class的每样东西在你的类内都是private，因为它们只是实现细节而已)。**private继承意味着只有实现部分被继承，接口部分应该略去**。如果D以private形式继承B，意思是D对象根据B对象实现而得，没有其他意思。private继承在软件“设计”层面没有意义，其意义只设计软件实现层面。

private继承意味着implemented-in-terms-of，但是[C/C++编程：通过复合塑膜出has-a或者”根据某物实现出“][C_C_has-a]指出复合也有”根据某物实现出“这个意义。两者之间如何取舍呢？ 答案很简单：**尽可能的用复合，必要时采用private**。那什么时候是必要时？

*  “当派生类想访问基类的protected成分，或者为了重新定义或者或者多个虚函数”
 *  当空间方面的厉害关系足以踢翻private继承的支柱时。

看个例子。假设我们的程序涉及widgets，而我们决定应该较好的了解如何使用widgets。比如我们不只想知道widget成员函数多么频繁的被调用，也想知道经过一段时间后调用比例如何变化。

我们决定修改widget类，让它记录每个成员函数的被调用次数。运行期间我们将周期性的审查那份信息，也许再加上每个widget的值，以及我们需要评估的任何其他数据。为了完成这项工作，我们需要设定某种定时器，使我们直到收集统计数据的时候是否到了。

class Timer{
        
    public:
    	explicit Timer(int tickFrequency);
    	virtual void onTick() const;  // 定时器每嘀嗒一次，此函数就被自动调用一次。
    };

上面的Timer对象，可以调整为我们需要的任何频率嘀嗒前进，每次嘀嗒就调用某个虚函数。我们可以重新定义那个虚函数，让后者取出widget的当前状态。

为了让widget重新定义timer内的虚函数，widget必须继承自Timer。但是widget不是timer，所以public继承不适合，我们必须以private形式继承timer

class Widget : private Timer{
        
    private:
    	virtual void onTick() const;  //查看widget的数据等
    };

通过private继承，Timer的public onTick()在widget内变成了private，客户就不能调用它了。again，如果是public继承会误导客户端以为它们可以对窗口做时间操作，这是不合适的。

当然也可以用复合来替换private继承(更好)：只要在widget声明一个嵌套的private类，后者以public形式继承Timer并重新定义onTick，然后放一个这样的类在widget内：

class Widget{
        
    private:
    	class WidgetTimer : public Timer{
        
    		public:
    			virtual void onTick() const;
    	};
    	WidgetTimer  timer;
    };

![在这里插入图片描述][20210512105723393.png]  
为什么public继承+复合比private继承更好呢？

*  首先，你或许会想设计widget使它得以拥有派生类，但同时你可能会想阻止派生类重新定义onTick。如果widget继承自timer，上面的想法就不可能实现，即使是private继承也不可能(派生类可以重新定义virtual函数，即使它们不得调用它)。但如果WidgetTimer 是Widget内部的一个private成员并继承Timer，Widget的派生类将无法取用WidgetTimer ，因此也无法继承它或重新定义它的虚函数。\[C++**阻止派生类重新定义虚函数**的方法\]
 *  第二，可以将widget的编译依存性将至最低。（这一点我不是很赞同）。

**当空间方面的厉害关系足以踢翻private继承的支柱时**这句话怎么理解？

当你所处理的类不带任何数据时，这样的类没有non-static成员变量、没有虚函数(这种函数存在会为每个对象带来一个虚函数)，没有虚基类(这种类也会带来体积上的额外开销)。；理论上该类的对象不使用任何空间，但是由于技术上的理由，C++规定凡是独立对象必须有非零大小。也就是说[空类不空][Link 1]：编译器会默认安插一个char+对齐

class Empty{
        };
    class HoldsAnInt{
        
    private:
    	int x;
    	Empty e;
    };
    
    sizeof(HoldsAnInt) > sizeof(int);    // true

上面说到，**`独立`对象的大小一定不为0**。也就是说，这个约束不适用于派生类对象的基类成分，因为它们并非独立对象：

class HoldsAnInt: private Empty{
        
    public:
    	int x;
    };
    
    sizeof(HoldsAnInt) == sizeof(int);    // true

为什么`sizeof(HoldsAnInt) == sizeof(int)`为真呢？因为由EBO(empty base optimization，空基类最优化)。另外，EBO一般只在单一继承(而非多重继承)下才可行，无法施行于拥有多个基类的派生类身上。

# 总结 #

*  **private继承意味着implemented-in-terms-of**(根据某物实现出)。它通常比复合的级别低。但是当派生类需要访问protected base class的成员，或者需要重新定义virtual时，这么设计是合理的
 *  和复合不同，private继承可以造成empty base最优化，这对致力于“对象尺寸最小化”的程序开发者而言，可能很重要

[C_C_public_is-a]: https://blog.csdn.net/zhizhengguan/article/details/116652892
[C_C_has-a]: https://blog.csdn.net/zhizhengguan/article/details/116674550
[20210512105723393.png]: /images/20221021/2d69afbe42e342889debd4174561dff8.png
[Link 1]: https://blog.csdn.net/zhizhengguan/article/details/116406215